FR3050433A1 - Systeme simplifie d'actionnement de pas pour une helice de turbomachine - Google Patents

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Abstract

Système (22) d'actionnement de pas pour une hélice (10) de turbomachine, comprenant un actionneur (24) dont une partie mobile (26) est configurée pour être reliée à des pales (14) de l'hélice en vue de les déplacer en rotation par rapport aux axes (B) de calage de pas des pales, caractérisé en ce que l'actionneur est un actionneur électromécanique, et comprend des premiers moyens électriques (36) de contrôle de pas des pales, qui comportent au moins deux moteurs électriques (40a, 40b) d'entraînement d'un rotor commun (30), et ne vis de transmission (26) entraînée en rotation par ledit rotor commun, et en ce que le système comprend en outre un écrou (28) traversé par ladite vis de transmission et configuré pour coopérer avec les pales en vue de leur déplacement.

Description

Système simplifié d’actionnement de pas pour une hélice de turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un système d’actionnement de pas pour une hélice de turbomachine, telle qu’un turbopropulseur.
ETAT DE L’ART
Un turbopropulseur comprend au moins une hélice comportant un moyeu et des pales portées par le moyeu et s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur par rapport au moyeu et à l’axe de rotation de l’hélice.
Le turbopropulseur est en général équipé d’un système d’actionnement du pas d’hélice, aussi appelé système de calage angulaire des pales de l’hélice. La régulation du calage des pales d’hélice permet d’améliorer leur efficacité en garantissant une vitesse de rotation de l’hélice pour chaque phase de vol.
Chaque pale est déplaçable en rotation autour d’un axe, en général radial, entre une première position de secours dite de mise en drapeau dans laquelle elle s’étend sensiblement parallèlement à l’axe de rotation de l’hélice, et une seconde position dans laquelle elle est fortement inclinée par rapport à cet axe. Elle peut adopter n’importe quelle position entre ces deux positions extrêmes.
Dans la technique actuelle, le système d’actionnement utilisé est un système hydraulique, qui est relativement complexe et présente plusieurs inconvénients. Ce système comprend un actionneur dont une partie mobile est reliée aux pales de l’hélice en vue de leur calage.
Le système d’actionnement doit non seulement pouvoir assurer la fonction de contrôle de pas mais également la fonction de secours de mise en drapeau des pales. Le système d’actionnement de pas comprend donc un système auxiliaire pour la fonction de secours.
La panne liée à la fuite hydraulique, mode commun entre le système de contrôle de pas et le système auxiliaire, doit être couverte. En l’absence de source de pression, il est indispensable d’ajouter des contrepoids au niveau des pales pour assurer la fonction de mise en drapeau.
Le système d’actionnement de pas doit aussi assurer des fonctions de protection en cas de survitesse, en cas de moteur à l’arrêt, en cas de défaillance du calculateur FADEC (acronyme de Full Authority Digital Engine Control), et assurer la limitation des petits pas en vol. Un ensemble de systèmes mécaniques et de systèmes hydrauliques font donc partie du système d’actionnement de pas pour assurer ces fonctions dans la technique actuelle.
Le système de contrôle de pas est aussi soumis à des exigences très contraignantes de taux de pannes, qui impliquent des redondances et des systèmes complémentaires de protection.
En conclusion, la technologie et le principe de fonctionnement d’un système hydraulique d’actionnement du pas d’hélice sont actuellement complexes. Une multitude de composants hydrauliques intègrent ces systèmes.
La présente invention permet de remédier à ces inconvénients et apportent une solution à tout ou partie des problèmes de la technique actuelle exposés ci-dessous.
Le premier problème (problème A) concerne les exigences sévères FHA (acronyme de Functionai Hazard Assessment) du contrôle de pas, qui impliquent des architectures robustes avec redondance.
Le deuxième problème (problème B) concerne la fonction de mise en drapeau, qui doit pouvoir être assurée même après une défaillance des moyens de contrôle de pas.
Le troisième problème (problème C) concerne le risque de blocage de la partie mobile de l’actionneur. Dans un système hydraulique, la rotation d’une pale de l’hélice est obtenue par la translation d’un excentrique au pied de la pale. Le blocage axial du vérin hydraulique est considéré comme une défaillance.
Par ailleurs, dans un système hydraulique, la rotation de l’hélice est transmise à l’actionneur hydraulique positionné dans le repère tournant (piston et corps sans déplacement angulaire). Ce vérin est alimenté par des canalisations via un tiroir hydraulique positionné dans le repère fixe. Dans ce concept hydraulique, la rotation de l’hélice ne provoque pas de décalage du pas de l’hélice. Le quatrième problème (problème D) concerne la gestion de ce phénomène.
Enfin, le cinquième problème (problème E) concerne les fonctions de protection autres que celle couvrant la défaillance du contrôle de pas, qui requièrent des dispositifs complémentaires mécaniques et hydrauliques dans un système hydraulique de la technique actuelle.
EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose un système d’actionnement de pas pour une hélice de turbomachine, comprenant un actionneur dont une partie mobile est configurée pour être reliée à des pales de l’hélice en vue de les déplacer en rotation par rapport aux axes de calage de pas des pales, caractérisé en ce que l’actionneur est un actionneur électromécanique, et comprend : - des premiers moyens électriques de contrôle de pas des pales, qui comportent au moins deux moteurs électriques d’entraînement d’un rotor commun, et - une vis de transmission entraînée en rotation par ledit rotor commun, et en ce que le système comprend en outre un écrou traversé par ladite vis de transmission et configuré pour coopérer avec les pales en vue de leur déplacement. L’actionneur hydraulique de la technique antérieure est ainsi remplacé par un actionneur électromécanique dont la partie mobile comprend une vis de transmission. Le déplacement en rotation des pales est obtenu par une translation de l’écrou sur la vis de transmission qui est entraînée en rotation par le rotor commun aux moteurs électriques.
Ce concept électromécanique, grâce à la redondance électrique au niveau des moteurs électriques, permet de respecter les exigences de fiabilité FHA (problème A). Pour conserver une architecture simple, il est ici proposer de communaliser les rotors des moteurs électriques. Ceci permet de ne conserver qu’une seule chaîne de transmission et d’avoir un système relativement compact. Le concept proposé offre cet avantage.
Le système proposé est de préférence capable d’assurer la fiabilité requise par une redondance électrique tant au niveau des composants électriques qu’au niveau de la commande et de circuits d’alimentation indépendants commandés par un calculateur. Ce système est alors capable d’assurer sa fonction de contrôle de pas même en cas de court-circuit dans l’alimentation électrique.
Ce concept électromécanique peut ne requérir aucune énergie mécanique provenant de la turbomachine. Les cas de panne de la perte de puissance moteur et du moteur à l’arrêt peuvent donc être assurés via un boîtier de protection par le système électromécanique nominal sans aucun dispositif complémentaire. Ce concept électromécanique permet de couvrir également le cas de survitesse et la défaillance du FADEC sans dispositif complémentaire.
Dans un système hydraulique, la rotation d’une pale de l’hélice est obtenue par la translation d’un excentrique au pied de la pale. La défaillance issue du blocage axial du vérin hydraulique (problème C), qui génère cette translation, est considérée comme extrêmement peu probable. Cette valeur faible du taux de panne semble être consolidée par les retours d’expérience. Avec le système selon l’invention, le système de base peut ne pas comporter de redondance de la vis de transmission. On part également de l’hypothèse que le taux de défaillance de celle-ci est faible, ce qui pourrait être démontré par les taux de défaillance faibles basés sur des applications qui intègrent des vis de transmission.
En ce qui concerne le problème E, le concept proposé ne requiert aucun dispositif complémentaire contrairement au système hydraulique, pour couvrir les fonctions de protection autres que celle couvrant la défaillance du contrôle de pas. Dans un système hydraulique, le cas de moteur à l’arrêt ou de perte de puissance moteur conduit à une suppression de l’énergie hydraulique de la pompe accouplée au moteur, un système auxiliaire est à prévoir. Dans un système électromécanique, pour ces cas de panne, l’énergie électrique est délivrée par une source indépendante. La fonction de mise en drapeau reste donc active pour couvrir ces cas de panne, de préférence via un boîtier de protection. Dans un système hydraulique, le cas de survitesse est couvert par un système mécanique de contrepoids. Dans le système électromécanique, de préférence grâce à un retour de vitesse, les lois de contrôle moteur peuvent agir sur les moteurs électriques de contrôle de pas via le boîtier de protection pour assurer la mise en drapeau.
Le système selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ledit rotor commun et/ou ladite vis de transmission sont guidés en rotation par au moins un palier dans un carter, de préférence de stator ; dans ce dernier cas, le carter de l’actionneur est fixe alors que l’écrou monté sur la vis de de transmission est solidaire en rotation de l’hélice ; pour éviter que cette rotation de l’écrou entraîne une translation de celui-ci sur la vis de transmission et donc une variation du pas des pales, il faut que la vis de transmission soit maintenue en rotation en continu et donc que les moteurs électriques fonctionnement en continu ; le maintien du pas requiert donc en continu une mise en rotation des rotors des moteurs ; le contrôle du pas est géré par les différences de régimes de rotation entre l’hélice et les moteurs électriques (ce qui apporte donc une solution au problème D précité), - ledit rotor commun est relié à la vis de transmission par un réducteur, par exemple planétaire, - lesdits premiers moyens électriques et ledit réducteur sont entourés par ledit carter, - lesdits premiers moyens électriques comprennent au moins deux résolveurs, - lesdits moteurs électriques sont des machines synchrones ; le choix de la technologie et la stratégie du dimensionnement des moyens électriques permettent de minimiser le couple de court-circuitage et d’aboutir à des tailles raisonnables de moteurs, - l’actionneur comprend en outre des seconds moyens électriques de mise en drapeau des pales, qui comprennent au moins un moteur électrique, telle qu’une machine asynchrone, d’entraînement dudit rotor commun ; le choix de la machine électrique de la mise en drapeau permet de réduire le boîtier de contrôle et de supprimer tout couple résistif lié à un court-circuitage (problème B), - lesdits seconds moyens électriques sont entourés par ledit carter, - lesdits deux moteurs électriques sont reliés respectivement à deux boîtiers électroniques de contrôle qui sont chacun configurés pour être actif quand l’autre est passif, et inversement.
La présente invention concerne également une turbomachine, telle qu’un turbopropulseur, comprenant une hélice dont les pales sont à pas variable et un système tel que décrit ci-dessus, dans laquelle l’écrou coopère avec des excentriques prévus sur des platines de support et de rotation des pales.
La présente invention concerne enfin un procédé d’actionnement de pas des pales d’une hélice de turbomachine, au moyen d’un système tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes consistant à : - maintenir le pas des pales en synchronisant le régime des premiers moyens électriques avec le régime de l’hélice, de façon à ce que ledit rotor commun et l’hélice tournent à la même vitesse angulaire, et - modifier le pas des pales en désynchronisant le régime des premiers moyens électriques du régime de l’hélice, de façon à ce que ledit rotor commun tourne à une vitesse angulaire différente de celle de l’hélice.
DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d’un système d’actionnement de pas des pales associé à une hélice de turbomachine, et représente un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d’un système d’actionnement de pas des pales associé à une hélice de turbomachine, et représente un second mode de réalisation de l’invention ; et - la figure 3 est un schéma bloc représentant l’architecture générale du système d’actionnement selon l’invention et des moyens de commande électrique de ce système.
DESCRIPTION DETAILLEE
On se réfère d’abord à la figure 1.
Une hélice 10 de turbomachine, et en particulier de turbopropulseur est en général non carénée et comprend un moyeu 12 mobile (flèche Θ1 de la figure 1) d’axe A de rotation, le moyeu portant des pales 14 qui s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe A. Chaque pale 14 est reliée à son extrémité radialement interne à une platine 16 sensiblement cylindrique de support et de guidage en rotation de la pale en vue de son calage en rotation autour d’un axe B, ici sensiblement radial. La platine 16 de chaque pale 14 est montée dans un logement du moyeu 12 et est centrée et guidée dans ce logement par des paliers 18 s’étendant autour de l’axe B. L’extrémité radialement interne de chaque pale comprend un excentrique 20. Celui-ci est relié solidairement à la platine 16 et un système d’actionnement 22 peut le déplacer en rotation autour de l’axe B. Le déplacement des excentriques 20 entraîne un déplacement en rotation des platines 16 et donc des pales 14 autour des axes B. Chaque pale 14 peut être calée à un pas ou dans une position donnée autour de son axe B, entre deux positions extrêmes, dont l’une, appelée mise en drapeau, correspond au cas où la corde de la section transversale de la pale s’étend sensiblement parallèlement à l’axe A.
Dans la technique antérieure, le système d’actionnement était hydraulique, et présentait de nombreux inconvénients. La figure 1 montre un premier mode de réalisation de l’invention consistant notamment à utiliser un système d’actionnement électromécanique.
Le système d’actionnement 22 de la figure 1 comprend un actionneur électromécanique 24 dont la partie mobile comprend une vis de transmission 26 qui est associée à un écrou 28 est guidé en translation par rapport au moyeu 12 et configuré pour coopérer avec les excentriques 20 des pales 14 en vue de leur déplacement en rotation par rapport à l’axe B. L’écrou 28 comprend des logements destinés à recevoir les excentriques 20 et à les entraîner lors des déplacements de l’écrou 28. Chaque logement reçoit, par exemple, un doigt d’excentrique 20 de la pale 14 correspondante, chaque doigt étant disposé en saillie dans le logement. L’écrou est ainsi solidaire en mouvement des pales, et donc de l’hélice lorsque celle-ci est en rotation par rapport à l’axe A. L’écrou 28 est ainsi agencé pour être mobile en rotation par rapport à l’axe A dans un repère fixe.
La vis de transmission 26 s’étend le long de l’axe A et est mobile en rotation par rapport à l’axe A. Elle traverse l’écrou 28 et comprend donc un filetage complémentaire à celui de l’écrou. L’écrou 28 est ainsi également agencé pour être mobile en translation par rapport à l’axe A dans le même repère fixe. La vis de transmission 26 a avantageusement une fonction de réversibilité en ce sens qu’elle est apte à être soumise par l’actionneur à un couple de rotation de façon à coopérer avec l’écrou et le déplacer, et également à être soumise par l’écrou à des efforts axiaux provoquant une mise en rotation de la vis de transmission. Sur ce point, elle se distingue d’une vis sans fin qui a une fonction d’irréversibilité.
On comprend que la rotation de la vis de transmission 26 (flèche 0de la figure A) entraîne un déplacement en translation de l’écrou 28 suivant l’axe A. La rotation de la vis de transmission 26 entraîne donc une translation de l’écrou 28, qui entraîne à son tour un déplacement des excentriques 20 et une rotation des pales 14 par rapport à l’axe B. La flèche X’ représente le déplacement axial de l’écrou le long de l’axe A et la flèche Θ1 représente la rotation d’une pale 14 autour d’un axe B.
La vis de transmission 26 est entraînée par un rotor 30 de l’actionneur 24 qui est centré et guidé par des paliers dans un carter 32, de stator dans l’exemple représenté. Le carter 32 est ainsi fixe. Il a une forme générale cylindrique allongée d’axe A.
Le rotor 30 a une forme allongée d’axe A et est ici guidé dans le carter 32 par au moins un palier 34. Le palier 34, ici à roulement et plus spécifiquement à billes, est monté à l’extrémité axiale de l’actionneur, opposée à l’hélice (extrémité à gauche sur le dessin). L’actionneur 24 comprend des premiers moyens électriques 36 de contrôle de pas des pales. Dans l’exemple représenté, ces moyens électriques 36 comprennent deux résolveurs 38a, 38b et deux moteurs électriques 40a, 40b, qui sont ici des machines synchrones. Les résolveurs 38a, 38b sont disposés à côté l’un de l’autre et ont pour axe commun, l’axe A. Les moteurs électriques 40a, 40b sont disposés à côté l’un de l’autre et ont également pour axe commun, l’axe A. Les résolveurs 38a, 38b sont ici disposés entre le palier 34 et les moteurs électriques 40a, 40b.
Chaque résolveur 38a, 38b comprend un rotor de résolveur monté sur le rotor commun 30, et un stator de résolveur solidaire du carter 32. Les rotors et stators de résolveur sont en général composés de bobinages. De façon connue, un résolveur permet d’obtenir une valeur électrique à partir d’un changement d’angle d’un rotor. Un résolveur fonctionne comme un transformateur dont le couplage varie avec l'angle mécanique du rotor. Lorsqu'on excite le bobinage rotor avec une tension alternative, on récupère une tension alternative sur le bobinage du stator. La redondance liée à l’utilisation de deux résolveurs 38a, 38b au lieu d’un, permet de garantir les exigences de fiabilité évoquées plus haut.
Chaque moteur électrique 40a, 40b est ici du type machine synchrone et comprend un rotor monté sur le rotor commun 30, et un stator solidaire du carter 32. Le rotor peut se composer d'aimants permanents ou être constitué d'un bobinage alimenté en courant continu et d'un circuit magnétique (électro-aimant). Pour produire du courant, on utilise une force extérieure pour faire tourner le rotor : son champ magnétique, en tournant, induit un courant électrique alternatif dans les bobines du stator. La vitesse de ce champ tournant est appelée « vitesse de synchronisme ». La vitesse de synchronisme est directement liée à la fréquence de l'alimentation électrique. Les moteurs sont ici alimentés par un système de courants triphasés.
Comme on le voit dans le dessin, la vis de transmission 26 est entraînée par le rotor commun 30 à l’aide d’un réducteur à engrenages 42, qui est ici un réducteur planétaire ou à train épicycloïdal. Ce réducteur 42 comprend un arbre planétaire 42a solidaire en rotation du rotor commun 30, une couronne extérieure 42b entourant l’arbre planétaire et solidaire du carter 32, des satellites 42c engrenant avec l’arbre planétaire 42a et la couronne 42b et portés par un porte-satellites 42d qui est ici solidaire en rotation de la vis de transmission 26. Dans l’exemple représenté, la vis de transmission 26 et le porte-satellites 42d sont formés d’une seule pièce.
La pièce comportant le porte-satellites 42d et la vis de transmission 26 est centrée et guidée dans le carter 32 par une paire de paliers à roulements, ici à billes. Ces paliers 44 sont à contact oblique. Ils sont inversés et montés l’un à côté de l’autre à l’extrémité axiale de l’actionneur située du côté de l’hélice 10 (extrémité à droite sur le dessin).
Le système d’actionnement 22 comprend en outre au moins un capteur 46 du type LVDT (acronyme de l’anglais Linear Variable Differential Transformer). Dans l’exemple représenté, la vis de transmission 26 comprend un alésage axial interne dans lequel est engagé de manière coulissante un plongeur 46a ferromagnétique de LVDT porté par un capot arrière 48 de l’actionneur 22, qui est lui-même fixé au carter de stator 32. Bien que cela ne soit pas représenté, le plongeur 46a est entouré de plusieurs bobinages portés par la vis de transmission 26, dont au moins un bobinage primaire alimenté par un courant alternatif et deux bobinages secondaires. Ces bobinages sont de préférence redondés pour augmenter la fiabilité du système. Le déplacement axial du plongeur 46a à l’intérieur des bobines, canalise le flux et génère des tensions dans les bobinages secondaires dont les amplitudes dépendent de la position de celui-ci. Le capteur 46 fournit ainsi une tension proportionnelle au déplacement du plongeur 46a.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le turbopropulseur est équipé d’un système auxiliaire de mise en drapeau des pales 14, qui n’est pas représenté et qui comprend des contrepoids qui équipent les pales 14 ou leurs platines 16 et qui sont destinées à assurer la mise en drapeau d’urgence des pales en cas de défaillance de l’actionneur 24. Ce système auxiliaire est alors mécanique.
La variante de réalisation de la figure 2 diffère du précédent mode de réalisation en ce que le système auxiliaire 50 de mise en drapeau des pales 14 est électromécanique. Le système 50 est ici intégré à l’actionneur 22 et comprend un moteur électrique 52, qui est de préférence une machine asynchrone (pour ne pas générer de couple résistif), dont le stator est solidaire du carter 32 et dont le rotor est solidaire du carter commun 30. Dans l’exemple représenté, il est monté entre le capot arrière 48 et le palier 34. L’utilisation du système électromécanique selon l’invention pour la mise en drapeau offre les avantages suivants : le boîtier de contrôle est simple et d’une fiabilité élevée ; le cas du court-circuitage n’est pas à couvrir, il n’est pas nécessaire de surdimensionner des machines synchrones pour couvrir ce cas de panne ; en l’absence de court-circuitage induit par ce moteur, le rotor peut se monter directement sur l’axe du rotor des machines synchrones et bénéficier du rapport de réduction des engrenages. Il n’y a pas d’ajout nécessaire de réducteurs.
Dans les deux modes de réalisation décrits dans ce qui précède, le carter 32 est dans un repère fixe et l’écrou 28 est dans le repère tournant de l’hélice 10 car il est entraîné en rotation par les excentriques 20 des pales 14. Pour éviter que l’écrou 28 se déplace en translation sur la vis de transmission 26 (ce qui générerait une modification du pas des pales), il faut que cette dernière tourne à la même vitesse angulaire que l’hélice. Pour maintenir le pas des pales, il faut donc synchroniser le régime des moteurs 40a, 40b avec le régime de l’hélice 10. Au contraire, pour faire varier le pas des pales, il faut désynchroniser le régime des moteurs électriques du régime de l’hélice.
On se réfère désormais à la figure 3 qui représente de manière schématique le schéma électrique de principe du fonctionnement du système de chacune des figures 2 et 3.
Les éléments décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres de référence dans la figure 3.
La figure 3 montre notamment les moyens de commande des machines électriques du système, à savoir, dans le cas où la redondance s’applique à toutes ces machines, deux capteurs 46 LVDT, deux résolveurs 38a, 38b, et deux moteurs électriques 40a, 40b.
Les moyens de commande comprennent notamment deux boîtiers électroniques de contrôle 54a, 54b ségrégués qui sont chacun reliés à un résolveur, un capteur et un moteur électrique, et qui ont la capacité de piloter ces machines de manière indépendante.
Les boîtiers 54a, 54b fonctionnent en mode « passif-actif ». En mode nominal, le pas est piloté par le boîtier électronique 54a par exemple, et le boîtier électronique 54b est en mode passif. En cas de panne détectée par une erreur de position par exemple, le boîtier 54a est désactivé et le boîtier 54b est activé. Les boîtiers 54a, 54b comportent trois boucles locales d’asservissement imbriquées : une boucle de couple utilisant les mesures de courant de phase, une boucle de vitesse utilisant le résolveur, et une boucle de position linéaire utilisant le capteur LVDT. Les boîtiers 54a, 54b reçoivent la consigne de position respectivement de boîtiers calculateurs 56a, 56b et sont associés à des réseaux électriques 58a, 58b, pour envoyer une commande en courant aux moteurs 40a, 40b.
Bien que cela ne soit pas représenté dans la figure 3, dans le cas de la variante de réalisation de la figure 2, les moyens de commande comprennent en outre un dispositif indépendant d’alimentation électrique du moteur électrique 52.
Ce concept du type électromécanique pour le système d’actionnement de pas est très innovant car il offre les avantages suivants : - architecture simple et robuste avec un minimum de composants électromécaniques en respectant les critères de fiabilité contraignants, - suppression du cas de panne lié à la fuite hydraulique, cas qui requérait l’ajout de contrepoids pour la mise en drapeau, - suppression des contrepoids dans le cas de la variante de la figure 2, et - suppression de tous dispositifs complémentaires pour couvrir les cas de panne autres que celui lié à la défaillance du contrôle de pas.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système (22) d’actionnement de pas pour une hélice (10) de turbomachine, comprenant un actionneur (24) dont une partie mobile (26) est configurée pour être reliée à des pales (14) de l’hélice en vue de les déplacer en rotation par rapport aux axes (B) de calage de pas pales, caractérisé en ce que l’actionneur est un actionneur électromécanique, et comprend : - des premiers moyens électriques (36) de contrôle de pas des pales, qui comportent au moins deux moteurs électriques (40a, 40b) d’entraînement d’un rotor commun (30), et - une vis de transmission (26) entraînée en rotation par ledit rotor commun, et en ce que le système comprend en outre un écrou (28) traversé par ladite vis de transmission et configuré pour coopérer avec les pales en vue de leur déplacement.
  2. 2. Système (22) selon la revendication 1, dans lequel ledit rotor commun (30) et/ou ladite vis de transmission (26) sont guidés en rotation par au moins un palier (34) dans un carter (32), de préférence de stator.
  3. 3. Système (22) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit rotor commun (30) est relié à la vis de transmission (26) par un réducteur (42), par exemple planétaire.
  4. 4. Système (22) selon la revendication 3, en dépendance de la revendication 2, dans lequel premiers moyens électriques (36) et ledit réducteur (42) sont entourés par ledit carter (32).
  5. 5. Système (22) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits premiers moyens électriques (36) comprennent au moins deux résolveurs (38a, 38b).
  6. 6. Système (22) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moteurs électriques (40a, 40b) sont des machines synchrones.
  7. 7. Système (22) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur (24) comprend en outre des seconds moyens électriques (50) de mise en drapeau des pales, qui comprennent au moins un moteur électrique (52), telle qu’une machine asynchrone, d’entraînement dudit rotor commun (30).
  8. 8. Système (22) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits deux moteurs électriques (40a, 40b) sont reliés respectivement à deux boîtiers électroniques de contrôle (54a, 54b) qui sont chacun configurés pour être actif quand l’autre est passif, et inversement.
  9. 9. Turbomachine, telle qu’un turbopropulseur, comprenant une hélice (10) dont les pales (14) sont à pas variable et un système (22) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’écrou (28) coopère avec des excentriques (20) prévus sur des platines (16) de support et de rotation des pales.
  10. 10. Procédé d’actionnement de pas des pales d’une hélice de turbomachine, au moyen d’un système (22) selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes consistant à : - maintenir le pas des pales (14) en synchronisant le régime des premiers moyens électriques (36) avec le régime de l’hélice, de façon à ce que ledit rotor commun et l’hélice tournent à la même vitesse angulaire, et - modifier le pas des pales en désynchronisant le régime des premiers moyens électriques du régime de l’hélice, de façon à ce que ledit rotor commun tourne à une vitesse angulaire (Θ) différente de celle de l’hélice (a).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3085406A1 (fr) * 2018-09-05 2020-03-06 Safran Aircraft Engines Dispositif de limitation de survitesse
WO2020074816A1 (fr) * 2018-10-12 2020-04-16 Safran Aircraft Engines Turbomachine comprenant un rotor portant des pales a calage variable
CN111547252A (zh) * 2020-04-21 2020-08-18 中国航发湖南动力机械研究所 尾桨桨距操纵轴装置及其制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3060523B1 (fr) * 2016-12-21 2019-05-17 Safran Aircraft Engines Systeme d'actionnement electromecanique de pas pour une helice de turbomachine
FR3060526B1 (fr) * 2016-12-21 2019-05-10 Safran Aircraft Engines Systeme d'actionnement electromecanique de pas pour une helice de turbomachine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040042897A1 (en) * 2001-01-11 2004-03-04 Paolo Pietricola Turbine engine
US20100021295A1 (en) * 2008-07-15 2010-01-28 Perkinson Robert H Controllable pitch propeller with electrical power generation
FR2945680A1 (fr) * 2009-05-15 2010-11-19 Snecma Actionneur lineaire electromecanique pour turbomachine
US20100310368A1 (en) * 2009-06-09 2010-12-09 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical system for driving a propeller pitch change mechanism
FR2994707A1 (fr) * 2012-08-21 2014-02-28 Snecma Turbomachine hybride a helices contrarotatives

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5242265A (en) * 1990-07-23 1993-09-07 General Electric Company Aircraft pitch change mechanism
US5213471A (en) * 1990-09-04 1993-05-25 General Electric Company Propeller pitch control
US5451141A (en) * 1993-12-23 1995-09-19 United Technologies Corporation Propeller pitch change machanism with inductive brake and motor
GB0616730D0 (en) * 2006-08-23 2006-10-04 Airbus Uk Ltd Jam-tolerant actuator
GB201007569D0 (en) * 2010-05-06 2010-06-23 Rolls Royce Plc Pitch control mechanism
US8740565B2 (en) * 2011-08-12 2014-06-03 Hamilton Sundstrand Corporation Modular counter rotating propeller system
TWI470151B (zh) * 2011-12-28 2015-01-21 Ind Tech Res Inst 風力發電系統
US20160281732A1 (en) * 2015-03-27 2016-09-29 Dresser-Rand Company Impeller with offset splitter blades
FR3049572B1 (fr) * 2016-03-31 2019-07-12 Safran Aircraft Engines Systeme de commande de pas d'helice

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040042897A1 (en) * 2001-01-11 2004-03-04 Paolo Pietricola Turbine engine
US20100021295A1 (en) * 2008-07-15 2010-01-28 Perkinson Robert H Controllable pitch propeller with electrical power generation
FR2945680A1 (fr) * 2009-05-15 2010-11-19 Snecma Actionneur lineaire electromecanique pour turbomachine
US20100310368A1 (en) * 2009-06-09 2010-12-09 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical system for driving a propeller pitch change mechanism
FR2994707A1 (fr) * 2012-08-21 2014-02-28 Snecma Turbomachine hybride a helices contrarotatives

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3085406A1 (fr) * 2018-09-05 2020-03-06 Safran Aircraft Engines Dispositif de limitation de survitesse
WO2020074816A1 (fr) * 2018-10-12 2020-04-16 Safran Aircraft Engines Turbomachine comprenant un rotor portant des pales a calage variable
WO2020074817A1 (fr) * 2018-10-12 2020-04-16 Safran Aircraft Engines Turbomachine comprenant un rotor portant des pales a calage variable
FR3087232A1 (fr) * 2018-10-12 2020-04-17 Safran Aircraft Engines Turbomachine comprenant un rotor portant des pales a calage variable
US11396821B2 (en) 2018-10-12 2022-07-26 Safran Aircraft Engines Turbine engine comprising a rotor supporting variable-pitch blades
US11719107B2 (en) 2018-10-12 2023-08-08 Safran Aircraft Engines Turbine engine comprising a rotor with variable-pitch blades
CN111547252A (zh) * 2020-04-21 2020-08-18 中国航发湖南动力机械研究所 尾桨桨距操纵轴装置及其制备方法

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